基于PLC的复合剥离机张力控制系统研究.pdf

P L C 与D C S PL C a nd DCS 自动化技 术与应用 2 0 1 1年第 3 0卷第 4期 基于 P L C的复合剥离机张力控制系统研究 吴海军 ， 熊红云 ， 曹 辉 1 ． 湖南金沙利彩色印刷有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 1 0 0 ； 2 ． 中南大学信息科学与工程学院， 湖南长沙 4 1 0 0 7 5 摘 要 复合剥离生产过程 中的张力稳定是保证产品质量 的关键。 通过对复合剥离生产过程的张力分析 ， 研究 r一种基于S I E ME NS 7 3 0 0 P I． C的张力控制系统， 实现对生产线的恒张力控制。实际生产情况表明， 该系统运行稳定， 控制精度满足生产工艺要求。 关键词 复合剥离生产； 张力控制系统； 可编程序控制器 中图分类号 T P 2 7 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 1 0 4 0 0 4 3 0 3 Co n s t a n t T e n s i o n Co n t r o l S y s t e m f o r L a mi n a t i n g a n d P e e l i n g Pr o d u c t i o n B a s e d o n PL C Ne t wo r k WU Ha i - j u n ， XI ONG Ho n g - y u n ， CAO Hu i 1 ． Hu n a n Go l d e n S h i n e Co l o r P r i n t i n g C O． L T D， Ch a n g s h a 4 1 0 1 0 0 C hin a ； 2 ． T h e S c h o o l o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 Ch i n a Ab s t r a c t Th e s t a b i l i t y t e n s i o n o f l a m i n a t i n g p r o d u c t i o n s y s t e m i s o n e o f t h e k e y t e c h n i q u e s t o e n s u r e t h e p r o d u c t q u a l i t y ． A t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m d e v e l o p e d b y u s i n g S7 3 0 0 PLC o f S I EM E N S Co i s s t u d i e d ． T h e r e a l p r o d u c t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e s y s t e m c a n r u n s t e a d i l y a n d c o n t r o l p r e c i s i o n c a n s a t i s f y t h e d e ma n d o f u s e r ． Ke y w o r d s l a mi n a t i n g a n d p e e l i n g p r o d u c t i o n ； t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m； p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P L C 1 引言 湿法贴合 也称复合 是将两种或两种以上的薄膜材 料按照一定的工艺粘贴在一起 ， 以达到特定需要的一种 工艺方法。传统复合工艺中的铝箔多为镀铝薄膜 ， 这种 薄膜载体材料在使用后难以分化降解 ， 造成污染环境 ， 此外薄膜不 能回收再利 用 ， 也是一种 资源浪费 。为此 近 年发展了一种剥离工艺， 从复合产品中， 将薄膜材料剥 离 出来 ， 并进行 回收利用。这种生产工艺节约了资源 ， 降低了生产成本 ， 又益于环保 ， 已成为目前包装材料的 主 要生产 工 艺方法 。 复合剥离生产过程 通常采用收 、放卷结构 ， 铝箔 或 镀铝薄膜 与纸带以给定的速度从放卷辊 中放出 ， 经复 合、印刷和剥离后 ， 分别由纸带和薄膜收卷辊收取。在 此过程中要求对铝箔、纸带及烟箔的张力进行控制 ， 使 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 2 张力恒定并保持一定的大小 。张力太小会导致皱褶 ； 张 力太大会无谓增加机器 的负荷并容易使料带断裂。本 文首先对复合生产过程中的张力进行分析 ， 研究一种基 于 S 7 - 3 0 0 P L C的恒张力控制系统， 并将其应用于烟泊复 合剥离生产过程中， 获得了满意的张力控制效果。 2 复合剥 离工 艺及张力分析 2 。 1 烟箔复合剥离生产工艺 在烟箔复合生产中， 湿法贴合是一种常用方法 。烟 箔复合生产过程如图 l 所示。衬纸和铝箔以一定的速度 从放卷辊 l 和 2 放出， 将配制好的适当浓度的粘合剂 ， 通 过涂布辊 3均匀、定量地涂布于铝箔上 ， 在胶层仍处于 湿状态下与衬纸进行贴合， 经过贴合辊 4的压合 ， 将两 种基材较好地粘合在一起。经印刷轮 5印刷后， 由烘箱 组 6进行烘烤 ， 复合产品经剥离辊 7 进行剥离后， 分别 由 成品收卷辊 8和薄膜收卷辊 9进行收卷， 完成复合剥离 自动化技 术与应用 2 0 1 1年第 3 0卷第 4期 生产过程。 P L C 与D C S PL C an d DCS 原料庸挫锚精贴旌控制耱印捌曦控翻箍 主电力控制糟 巷歌序控制锩 图 1 烟箔复合生产过程示意图 2 ． 2 收放卷张力分析 从 以上 生产过程 中可 以看 出 ， 复 合剥离生 产一般 采 用收放卷模式。在生产过程中， 张力产生的原因是由于 物料在相邻辊之间存在速度差而引起物料的弹性形变 造成 的。如 图 2， 通 过一个 简单的收 、放卷 结构加 以说 明。设两个辊之间的张力为 7 1 ， 为物料的弹性模量， S 为横截面积 ， 为形变率， 和 分别为两相邻辊之间 物料的原长和拉伸后长度 ， 由胡克定律可知 ， 一 ， T EAe EA 三 0- ⋯ 放卷辊 图 2 张力产生示意图 收卷辊 又设 t为物料 经过相邻 两辊 所用 的时I 司， 则 有 △ L ￡ 一 L 0 J 。 一 2 再 由线速度和角速度的关系可得 EA ∞ z z n 尺 ， 3 令 _ E A ， x I -- J xZ ， ⋯z哥lE I L O 墨 R 2 一∞ 。 尺 。 4 这 样 ． 张 力控制 问题就转化 为速 度差 的榨 制问题 了 3 复合剥离张力控 制 从图 1中可以看出， 当贴合压轮和印刷压轮分别放 下时 ， 能起到一定的张力隔断作用 ， 这样对放卷和收卷 段分别进行控制， 可以达到简化控制系统 ， 提高控制精 度 的 目的。 3 ． 1 放卷张力控制 复合机系统的放卷即原料座包括纸料座和铝料座 ， 采用磁粉制动器控制张力 。放卷时张力 F 是主动力 ， 若生产线速度恒定 ， 由于放卷辊卷径和转动惯量随时间 而减小 ， 而放卷辊的角速度逐渐增大 ， 因此必须引入张 力反馈 ， 由 P LC控 制制动 力矩 ， 使 张力 稳定在设定值 附 近 。放卷张力 系统原理 图如 图 2所示 ， 通过 张力传感器 来检测张力构成张力闭环 ， 再经过张力放大板送到 P L C 的模拟量输人 口， 进行标度变换后与设定值进行比较 ， 其偏差经过 PI D运算 由P LC的模拟量输出口输出控制 电压 U ， 由 U 控制稳流驱动板的输出电流 I ， 由I 控制 磁粉制动器作用在放卷轴上的阻力矩 ， 从而达到调节张 力 的 目的 。 3 ． 2 收卷张力控制 收卷采用直流调速电机来实现张力控制。直流调 速电机由直流调速控制器来驱动， 在给定生产线运行速 度 后 ， 以其作为 收卷 电机 的给定 ， 直流调 速器 按一定 的 控 制规律来控 制直流 电机的转速 ， 从而达到调 节系统 张 力 的 目的 。 图 3 放卷控制原理图 图 4 收卷控制原理图 如图3， 系统对给定张力和反馈张力进行比较后进 行 P I D调节 ， 作业速度 作为一个扰动量， 叠加在张力 P I D运算的输出上； 这样收卷段电机 De D RI VE R的给 定 电压 为 U Kv V PI D卷取 式中 K、， 一比例系数 ， V一设定速度， P I D-卷取 P I D 运 算 输 出值 。 P k O 与D O S Pk C a n d DCS 4 控制 系统 的实现 4 ． 1 系统硬件与组态 本系统采用S I E ME N S 公司的 7 - 3 0 0 P L C C P U3 1 3 C 作为主控 制器 。选用 S I E ME NS公司的 l 0 ”彩色触摸屏 TP 2 7 0作为主控台人机界面 ， 安装在贴合座 ， 另外 3台6 ” 单色触摸屏 作为辅助 操作 台 ， 分别 安装在 原料座 、印刷 座 以及卷取座 ， 操作人员可以方便的通过触摸屏实时观 测系统的运行情况， 鉴于本系统对通信速率的要求不高 同时通信数据量也不大 ， 系统采用了一种西门子简单经 济 的 MPI 多点通信方 式 ， 实现 P L C与触摸 屏之 间的通 信 ， 其 网络 连接 如 图 5所示 。 图中只 给出 了主要检 测量 和控制量 ， 逻辑控制量和报警信息没有列出。 图5 复合剥离机 MP I 网络连接图 4 ． 2 控制系统的软件实现 系统控制程序采用 S I E ME NS公司的 S T E P 7 V5 ． 3 的梯形图 L AD 和语句表 S T L 编程实现； 主要软件模块 有 逻辑操作、温度控制 、通讯 、软 件滤波 、P I D算法 、 高速计数 、故 障检测 与报警 等 。P I D算法 是一个控制系 统的核心， 它直接决定一个控制系统的精度高低甚至稳 定与否， 系统利用了S TE P 7自带的P I D功能模块， 即 S F B 4 7 连续 P I D控制模块， 实现起来十分简便。 触摸屏 采用 S I E ME NS公司的 Wi n C C F l e x i b l e 进 行组态与编程。主菜单有参数设定、贴合作业、贴印 作业和报警信息查询 四种功 能， 如 图 6所示 。其 中参 数设定菜单实现系统的各种参数如 原料 张力、收卷 张力 、作业速度、烘箱温度等的初始设置 ； 贴合作业 与贴 印作业实现正常生产的控制与参数监视 ； 报警信 自动化技术 与应用2 0 1 1年第 3 0卷第 4期 息查询功能实现报警信息的历史查询、确定故障部件 及故障原因。 图 6 监控主程序框 图 5 结束语 复 合 生 产 过 程 中 的 张 力 稳 定 控 制 是 保 证 产 品质 量 的 关键 技术 之一 。本文 采用 S I E ME NS公 司 的 S 7 3 0 0可编程序控 制器 和触摸屏实现 了复合剥离机生 产线的 自动控制和实时监控 。实际生产情况表 明， 系 统运行稳定、张力控制精度较高 ， 具有一定的推广应 用 作 用 。 参考文献 ⋯ 陈振翼． 张力控制系统[ M】 ． 北京 纺织工业出版社， 1 9 9 8 ． 【 2 】盛卫锋， 周一届， 姜． 印刷机械中的张力控制[ J 】 ． 包装 工程， 2 0 0 1 ， 2 2 2 3 - 7 ． 【 3 ]王瑞梓， 王艳波， 刘再成 ． 香烟包装用贴纸铝箔【 J J ． 轻合 金加工技术， 1 9 9 4 ， 2 2 9 2 -7 ． 作者 简介 吴海军 1 9 7 3 一 ， 男， 工程师， 主要从事 P L c方面 的 工作 。